DE1182340B - Transformator fuer hohe und hoechste Spannungen, insbesondere Prueftransformator oder Spannungswandler in Isoliermantelbauweise - Google Patents

Description

• Transformator für hohe und höchste Spannungen, insbesondere Prüftransformator oder Spannungswandler in Isoliermantelbauweise Es ist bekannt, die Hochspannungswicklungen von flüssigkeitsisolierten Hochspannungstransformatoren, irisbesonderc Prüftransformatoren, so auszubilden, daß die zwischen den einzelnen Lagen vorgesehenen Isolationsschichten, insbesondere Papierschichten, über die beiden Stirnseiten der Wicklung um einen gewissen Betrag, z. B. etwa 10 mm, hervorstehen. Diese Ausbildung der Hochspannungstransformatoren mit sogenannten offenen Spulen, bei denen die äußersten Windungen jeder Lage praktisch in der Isolierflüssigkeit liegen, hat den Vorteil einer verhältnismäßig einfachen Herstellung und der Erzielung sehr guter Kühlverhältnisse. Nachteilig ist jedoch, d!aß die Abmessungen der Hochspannungsspulen verhältnismäßig groß werden und die Isolation außerhalb der Wicklung allein von der Isolierflüssigkeit übernommen werden muß, was eine niedrigere spezifische Beanspruchbarkeit zur Folge hat, zumal man mit Verunreinigungen der Isolierflüssigkeit durch Feuchtigkeit, Faserteilchen u. dgl. rechnen muß. Auch ist es schwierig, bei den großen Abmessungen der Hochspannungsspulen die Abschirnielektroden mit den bei sehr hohen Spannungen erwünschten großen Radien auszuführen.
• Wesentlich kleinere Spulenabmessungen erhält man, wenn man die Hochspannungsspulen in schon soit langem bekannter Art und Weise als sogenannte Schopfspulen ausbildet, bei denen die über die Stirnseiten überstehenden Enden der Isolationszwischenlager so lang gemacht und zweckmäßig in annähernd gleichen Abständen eingerissen oder eingeschnitten werden, daß sie beiderseits um die Spulenstirnseiten herumgeschlagen werden können und sich mindestens bis zur Mitte der Außenseite der Spule erstrecken. Derart bandagierte Hochspannungsspulen ermöglichen eine sehr ölarme Transformatorkonstruktion, zumal wenn die Spulen außen mit einem leitenden Belag versehen werden und das die aktiven Transformatorteile enthaltende Gefäß den Spulenabmessungen eng angepaßt werden kann. Die Ausleitung der Hochspannungsspule kann dabei in einer zweckmäßig durch leitende Einlagen gesteuerten Durchführung liegen, die eine Fortsetzung der herumgeschlagenen Isolationszwischenlagen bildet. Nachteilig ist jethoch, daß aus so bandagierten Spulen die Wärmeschlecht abgeleitet werden kann, da Papierbandagen nicht nur ein guter Hochspannungsisolator, sondern auch ein guter Wärmeisolator sind und Kühlkanäle für den Durchtritt der Isolierflüssigkeit nicht vorgesehen werden können.
• Die Erfindung betrifft einen Transformator für hohe und höchste Spannungen, insbesondere Prüftransformator oder Spannungswandlor, dessen als Logenwicklung ausgeführte Hochspannungswicklung entweder auf dem ennan Schenkel des geerdetem Eisenkernes angeordnet ist oder aus zwei in Reihe geschalteten, auf einander gegenüberliegenden Schenkeln des auf halbem Hochspannungspotential befindlichen Eisenkernes angeordneten Hochspannungswicklungsteilen besteht. Erfindungsgemäß werden die geschilderten Nachteile der beiden bekannten Spulenartea bei einem solchen Hochspannungstransformator dadurch vermieden, daß dhe Hochspannungswicklung bzw. jeder der beiden Hochspannungswicklungsteile in an sich bekannter Weise in zwei koaxial übereinanderliegende Teilspulen vorzugsweise etwa gleicher Windungszahl unterteilt ist und daß die dem betreffenden Kernschenkel benachbarte innere Teilspule als sogenannte offene Spule, die andere, äußere Teilspule als sogenannte Schopfspule ausgeführt ist, bei der die überstehenden Enden der einzelnem. Isolationszwischenlagen in an sich bekannter Weise beiderseits um die Spulenstirnseiten mindestens bis zur Mitte der Außenseite der Spule herumgeschlagen sind. Durch die Aufteilung der Hochspannungswicklung in eine innenliegende, sogenannte offene Teilspule und eine äußere, bandagierte Teilspule werden nicht etwa nur die bekannten Vorteile dieser beiden bekannten Bauarten gemeinsam zur Anwendung gebracht, sondern es werden darüber hinaus noch besonders vorteilhafte Wirkungen erzielt: Das-Gewicht und dle axiale Länge der zu bandagierenden Teilspule werden verhältnismäßig klein, so &ß auch die Menge des aufzubamdagierenden Papiers wesentlich geringer wird, als wenn die. ganze Hochspannungswicklung nach Schopfspulenart bandagiert würde. Das bedeutet, daß die Bandage nur etwa halb so stark zu sein braucht und demgemäß die Wärme unvergleichlich leichter abgeführt werden kann. Zwischen den beiden Teilspulen kann ein Kühlkanal vorgesehen sein, wodurch die Wärmeabfuhr noch weiter erleichtert wird. Ferner werden die höchsten von der Isolierflüssigkeit allein aufzunehmenden Spannungsunterschiede höchstens etwa halb so groß wie bei Ausführung der ganzen Hochspannungswicklung als sogenannte offene Spule; dabei ergibt ein auf die bandagierte Teilspule außen aufbringbarer Leitbelag gleichzeitig die erwünschte Abschirmelektrode mit großem Krümmungsradius. Man erspart also die sonst erforderliche besondere Abschirmelektrode. Ein weiterer ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß insbesondere bei der Isoliermantelbauweise die äußere Potentialverteilung entscheidend verbessert wird. Ferner hat sich g; zeigt, daß bei einem bestimmten gegebenen Raum zur Unterbringung der aktiven Teile die Leistung eines Transformators gemäß der Erfindung um mehr als 5011,70 gegenüber der einen wie der anderen bekannten Bauart gesteigert werden kann. Die Erfindung bringt also einen wesentlichen Fortschritt auf dem Gebiet der Transformatoren für hohe und höchste Spannungen, insbesondere Prüftransformatoren oder Spannungswandler in Isoliermantelbauweise.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für einen Hochspannungstransformator gemäß der Erfindung dargestellt, bei dem die Hochspannungswicklung aus zwei in Reihe geschalteten, auf einander gegenüberliegenden Schenkeln des auf halbem Hochspannungspotential befindlichen Eisenkernes angeordneten Hochspannungswicklungsteilen besteht. Der Hochspannungswieklungsteil, der auf dem unteren horizontal liegenden Schenkel des Eisenkernes 11 angeordnet ist, besteht aus zwei übereinanderliegenden Teilspulen 12 und 13, während der auf dem gegenüberliegenden Schenkel befindliche Hochspannungswicklungsteil von den beiden Teilspulen 14 und 15 gebildet wird. Mit 16 und 17 sind die auf den beiden Kernschenkeln liegenden, miteinander verbundenen Schubwicklungen bezeichnet. Die Erregerwicklung (Niederspannungswicklung) 18 des Transformators, die mit Anzapfungen versehen sein kann, ist auf die Teilspule 13 aufgebracht. Die entsprechende, auf der Teitspule 15 liegende Wicklung 19 dient als Kopplungswicklung, wenn der Transformator das untere Glied eines zwei- oder mehrstufigen Kaskadentransformators bildet. Anderenfalls kommt die Wicklung 1.9 in Fortfall. Die Teilspulen 12, 13, 14 und 15 sind in Reihe geschaltet. Die in der Zeichnung nicht dargestellte Ausleitung der Teilspule 15 wird an Hochspannung gelegt, die Ausleitung der Teilspule 13 an Erde. Der Eisenkern 11 wird mit der auf halben Hochspannungspotential liegenden Verbindungsleitung zwischen den beiden Teilspulen 12 und 14 leitend verbunden. Die Schaltung der Wicklungen ist also die bei solchen Hochspannungstransformatoren übliche.
• Die inneren Teilspulen 12 und 14 sind als sogcnannte offene Spulen ausgeführt, bei denen di° zwischen den einzelnen Wicklungslagen befindlichen Isolationsschichten (Papierschichten) über die beiden Spulenstirnseiten hervorstehen, wie dies in der Zeichnung durch die waagerechte Schraffur an den Stirnseiten der Teilspulen 12 und 14 angedeutet ist. Dic beiden Teilspulen 13 und 15 dagegen sind als sogenan.nte Schopfspulen ausgeführt, bei denen die überstehenden Enden der einzelnen Isolationszwischenlager um die Spulenstirnseiten herumgeschlagen sind und dabei die Außenseite dieser Teilspulen bzw. der auf sie aufgebrachten Primärwicklung 18 bzw. der ge-. gebenenfalls vorgesehenen Kopplungswicklung 19 bedecken. Die so entstehenden Isolierbandagen sind mit 20 und 21 bezeichnet und durch horizontale und senkrechte Schraffur markiert; sie setzen sich in einer vorzugsweise mit leitenden Einlagen versehenen, also gesteuerten Durchführung für die Ausleitung der betreffenden Teilspule fort. Die Durchführung für die Ausleätung der Teilspule 13 ist in der Zeichnung dargestellt und mit 22 bezeichnet; sie enthält auch die Ausleitungen der Primärwicklung 18. Die nicht gezeichnete Durchführung für die Ausleitung der Teilspule 15 würde, wenn eine Kopplungswicklung 19 vorgesehen ist, auch deren Ausleitungen mit enthalten. Die beiden bandagierten Teilspulen 13 und 14 weisen einen leitenden Außenbelag 23 bzw. 24 auf, der sich auf dem Potential der Verbindungsleitung zwischen den beiden Teilspulen 12, 13 bzw. 14, 15 befindet, also etwa auf ein Viertel bzw. drei Viertel Hochspannungspotential. Dadurch wird insbesondere bei der Isoliermantelbauweise die äußere Potentialverteilung ganz entscheidend verbessert. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr ist zwischen den beiden Teilspulen 12, 13 bzw. 14, 15 jedes der beiden Hochspannungswicklungsteile ein Kühlkanal 25 bzw. 26 vorgesehen. Ringförmige Isolierscheiben 27 sind zwischen den Stirnseiten der Wicklungen und dem Eisenkern zur Verbesserung der Isolation angeordnet. Zur Potentialsteuerung des Zwischenraumes zwischen den einander zugekehrten Teilen der beiden bandagierten Teilspulen 13 und 15 ist in der Mitte dieses Zwischenraumes eine leitende Zwischenlage 28 angeordnet, die mit dem Eisenkern 11 leitend verbunden ist und sich somit auf dem Mittelpotential befindet. Mit 29 sind Isolierbarrieren bezeichnet, die in den Räumen zwischen der leitenden Zwischenlage 28 bzw. dem Eisenkern 11 und den Wicklungsanordnungen 12, 13 bzw. 14, 15 liegen. Die aktiven Teile des Transformators sind, wie in der Zeichnung rein schematisch angedeutet ist, in einem Isoliermantel 30 mit einem metallenen Fundament 31 und einem nicht dargestellten Deckel (oder Haube) unter öl oder einer anderen Isolierflüssigkeit untergebracht.
• Der Vollständigkeit halber sei noch darauf hingewiesen, daß bei Ausführung des in dem Beispiel dargestellten Hochspannungstransformators gemäß der Erfindung als Spannungswandler die dort als Erregerwicklung oder Primärwicklung bezeichnete Niederspannungswicklung 18 des Transformators die Sekundärwicklung des Spannungswandlers bildet, wälzend die Hochspannungswicklung die Primärwicklung des Spannungswandlers ist.
• Die Erfindung ist auch für solche Hochspannungstransformatoren (Prüftransformatoren oder Spannungswandler) von großem Vorteil, bei denen der Eisenkern geerdet ist und nur auf seinem einen Schenkel die Niederspannungswicklung (Erregerwicklung bzw. Sekundärwicklung) und darüber die Hochspannungswicklung mit der an Hochspannung geführten Ausleitung trägt.

Claims (7)

1. Patentansprüche: I. Transformator für hohe und höchste Spannungen, insbesondere Prüftransformator oder Spannungswandler in Isoliermantelbauweise, dessen als Lagerwicklung ausgeführte Hochspannungswicklung entweder auf dem einen Schenkel des geerdeten Eisenkernes angeordnet ist oder aus zwei in Reihe geschalteten, aufeinander gegenüberliegenden Schenkeln des auf halbem Hochspannungspotential befindlichen Eisenkernes angeordneten Hochspannungswicklungsteilen besteht, d a -durch gekennzeichnet, daß die Hochspannungswicklung bzw. jeder der beiden Flochspannungswicklungsteile in an sich bekannter Weise in zwei koaxial übereinanderliegende Teilspulen vorzugsweise etwa gleicher Windungszahl unterteilt ist und daß die dem betreffenden Kernschenkel benachbarte, innere Teilspule als sogenannte offene Spule, die andere, äußere Teilspule als sogenannte Schopfspule ausgeführt ist, bei der die überstehenden Enden der einzelnen Isolationszwischenlagen in an sich bekannter Weise beiderseits um die Spulenstirnseiten mindestens bis zur Mitte der Außenseite der Spule herumgeschlagen sind.
2. 2. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als sogenannte Schopfspule ausgeführte Teilspule bzw. Teilspulen in an sich bekannter Weise mit einem leitenden Außenbelag versehen sind, der an das Potential der Verbindungsleitung zwischen den beiden Teilspulen der Hochspannungswicklung bzw. Hochspannungswicklungsteile gelegt ist.
3. 3. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die um die Spulenstirnseiten herumgeschlagenen Enden der Isolationszwischenlagen der Schopfspule sich in an sich bekannter Weise in einer die Ausleitung der Hochspannungswicklung bzw. des Hochspannungswicklungsteiles enthaltenden, vorzugsweise durch leitende Einlagen gesteuerten Durchführung fortsetzen.
4. 4. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, 2 oder 3 mit einer Hochspannungswicklung, die aus zwei in Reihe geschalteten, auf einander gegenüberliegenden Schenkeln des auf halbem Hochspannungspotential befindlichen Eisenkernes angeordneten Hochspannungswicklungsteilen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (Niederspannungswicklung) auf die letzte Wicklungslage der Schopfspule des einen Hochspannungswicklungsteiles aufgebracht ist und die an den Stirnseiten der Schopfspule überstehenden Isolationszwischenlagen um die Erregerwicklung mit herumgeschlagen sind.
5. 5. Hochspannungstransformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei seiner Verwendung als Glied einer zwei- oder mehrstufigen Kaskade auf die letzte Wicklungslage der Schopfspule des anderen, zweiten Hochspannungswicklungsteiles eine zur Kopplung mit dem nächsten Kaskadenglied dienende Kopplungswicklung in der gleichen Art und Weise wie die Erregerwicklung (Niederspannungswicklung) auf die Schopfspule des ersten Hochspannungswicklungsteiles aufgebracht und isoliert ist.
6. 6. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Teilspulen der Hochspannungswicklung bzw. Hochspannungswicklungsteile ein Kühlkanal vorgesehen ist.
7. 7. Hochspannungstransformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte des Zwischenraumes zwischen den einander zugekehrten Teilen der beiden als Schopfspulen ausgeführten Teilspulen eine mit dem Eisenkern leitend verbundene Zwischenlage angeordnet ist. B. Hochspannungstransformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Räumen zwischen der leitenden Zwischenlage bzw. dem Eisenkern und den beiden Hochspannungswicklungsteilen in an sich bekannter Weise Isolierbarrieren vorgesehen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 923 928, 720 443; deutsche Auslegeschrift Nr. 1069 768; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1767 896; schweizerische Patentschriften Nr. 346 944, 255 813, 270 165, 271037; K ü c h 1 e r : »Die Transformatoren«, Ausgabe 1956, S.284.